微量元素对预混料和饲料成分有何影响？

    市场上有多种用于动物生产的微量元素复合物;一般情况下，这些微量元素由于经过络合或以其他方式与有机分子结合，可能都被称为“有机微量元素”(OTM)。

众所周知，络合或螯合的化学作用在动物饲料工业中造成了很大的困惑。诸如金属氨基酸络合物、金属氨基酸螯合物、金属多糖复合物和金属蛋白盐等术语很多，官方定义仍然模糊，对于区分不同类型并没有太大帮助。例如，美国饲料管控官员协会(AAFCO，1998)规定的农业生产中最常用的有机微量元素的定义(见表1)。

通常，螯合物通过无机矿物盐与例如酶制备的氨基酸和小肽的混合物在受控条件下反应制备。这样的氨基酸和肽配体在多于一个位点处结合金属，确保金属原子成为生物学稳定的环结构的一部分。氨基酸和蛋白质消化产物比如小肽是理想的配体，因为它们具有至少两个能与微量元素结合并形成稳定结构的官能团。

关于氨基酸与肽在形成微量元素复合物中的相对优点和适用性方面有许多不同的观点，对于这种产品所谓生物利用率比较的讨论更甚。

键强度在OTM稳定性上的角色

在“在这一条件下最好的”的基础上比较螯合物或复合物时，需要考虑许多不同的因素。然而，使用所谓的稳定常数来比较产品在微量元素和配体之间的键强度是有用的。

当比较不同的键合基团如氨基酸、二肽和三肽时，这些值可以作为有效的参考。一般来说，稳定性常数值越高，微量元素和结合基团之间的键越强。

大多数氨基酸和肽通过氮、氧或硫原子结合金属离子。当与不同微量元素复合时，单个氨基酸表现出一系列稳定性，这些稳定常数可以在各种数据库中查找比对。当与金属离子结合时，由于具有更多数量供体原子并因此形成螯合环的能力更强的肽自然比简单的氨基酸如甘氨酸具有更高的键强度。

让我们比较一下下表2中在相同生理条件下与铜络合的不同配体的数据。为了简单起见，稳定常数(对数数据)已经相对于甘氨酸进行了转化和归一化处理。表中同时还标注了每种配体的分子量。

这表明结合基团分子量的大小不是影响键强度和螯合物稳定性的最关键因素。所以市面上某些理论宣称分子量大小的优势显然没有什么价值。然而，简单地增加配体中氨基酸的数量可能不会增加金属络合物的稳定性，因此也就不一定能增加结合微量元素的相对比例。

最终，不仅氨基酸的类型影响给定螯合物的稳定性，而且肽中氨基酸的位置也可以显著影响配体和微量元素的相互作用。

从表3中我们可以看到，影响稳定性最关键的因素是氨基酸的序列和位置，而不是分子量大小。

例如，将组氨酸取代成三肽甘氨酸-甘氨酸-甘氨酸产生甘氨酸-甘氨酸-组氨酸，增强了稳定性常数值，从而提高了结合微量元素(在这种情况下为铜)的相对比例。此外，改变三肽序列内的组氨酸的位置(例如形成甘氨酸-组氨酸-甘氨酸)可以使结合键强度的进一步增加，结合微量元素的比例也随之增加。

实际上，这种三肽中氨基酸序列的简单变化导致了相对于游离金属和单一配体更大结合比例的微量元素。基本上，微量元素螯合物的稳定性不仅受到氨基酸的类型的影响，同时还受肽序列中氨基酸的位置的影响。

从生产的角度，值得注意的是，蛋白源的水解程度和类型可以显著地影响形成短链肽中存在的氨基酸序列。严格选择水解条件会影响用于生产微量元素螯合物的“最佳”蛋白质水解产物。这确保水解肽的最终混合物具备必要特性，从而保证有极微量元素在pH变化条件下的稳定性和结合稳定性。

最终，有极微量元素(OTM)的结合强度对其生物利用率的影响至关重要。在通过胃肠道(GI)的过程中，随着pH降低或酸化，所有的OTM都要经受生理上的压力，这能导致微量元素复合物分解，释放游离的金属离子。pH诱导的OTM解离有许多负面影响。例如，带电荷的游离金属离子可以与带负电的植物成分(胃肠道中可能存在的植酸)反应，或者在到达肠中偏碱性的环境时甚至可能形成氢氧化物。这可能导致pH诱导的羟基聚合反应，并使微量元素沉淀，从而导致生物利用率的显著降低。

基本上，具有低键结合强度的络合物或螯合物不会将微量元素运送到肠道中的吸收位点，这降低了用无机盐生产的有机产品的有效性。我们需要最大限度地提高OTM的pH依赖稳定性，以增加肠内微量元素摄取。实质上，在一定程度下OTM的稳定性越高，其生物利用度越高。

饲料成分的选择在配方中越来越重要，因此饲料成分的对抗和拮抗作用也受到越来越广泛的关注。 预混料和饲料中各组分之间发生负相互作用的可能性很高，这一点常常被忽视。

微量元素对酶活性的影响

比较预混料中不同微量元素来源和酶之间潜在拮抗作用的信息很少，这些拮抗作用可能对酶活的损失造成严重影响。

最近发表的一篇同行评审的文章比较了三种商业来源的植酸酶制剂和铁(Fe)，锌(Zn)和铜(Cu)的无机和有机来源之间的体外潜在相互作用。该研究还调查了酶的受抑制程度是否取决于有机微量元素的类型。

作者表示，植酸酶的抑制和微量矿物质的种类、来源和浓度有非常显著的关系。蛋白盐与所评估的大多数其他微量元素来源相比，显著并持续地减少了对植酸酶的抑制作用。

总体而言，不同来源的有机微量元素对外源植酸酶活性有着不同的抑制作用。这种差异效应表明并不是所有的有机微量元素都是一样的;此外，它们的稳定性不同，在所处微环境中以pH依赖的方式释放的微量元素也不同。这种微量元素导致的酶活抑制对于预混料和饲料配方的负面后果是惊人的，并且有助于解释其在饲料中添加的变异性。

日粮中植酸酶活性超量化的趋势可能是预混料各成分间的消极相互作用的无意后果。

微量元素对维生素稳定性影响

维生素的氧化和抗氧化功能主要是通过脂肪自动氧化(自行发生的现象)或微量元素引起芬顿氧化反应引起的。

在微量元素预混料中，氧化还原反应是维生素不稳定的主要原因。微量元素类型会影响其反应;铜，铁和锌是最具反应活性的，具有最大的维生素破坏潜力。然而，微量元素的形式在影响维生素稳定性方面也扮演了更重要的角色。

最近的一项研究(Byrne，2015)很好地阐释了这些效应。该研究比较短期内含有三种不同类型的微量元素预混料(即有机微量元素、无机硫酸盐或有机和无机矿物质(50%:50%)混合物)，测定微量元素对维生素E功能的影响。结果表明，无机微量元素迅速抑制维生素E的抗氧化潜力。三周后，无机预混料中的维生素E已经失去25%的活性。有机微量元素的使用并没有引起如此大的降低，有机和无机矿物质的50:50混合物会导致维生素功能丧失，但与其完全无机的预混料所引起的破坏程度不同。该数据表明了严格选择预混料中微量元素的重要性。

另外有研究评估了铁源和浓度对降低饲料抗氧化剂如二丁基羟基甲苯(BHT)的功效的影响。这项研究(Santos，2014)将无机硫酸盐与不同来源的有机微量元素(甘氨酸盐、氨基酸螯合物、多糖复合物和蛋白盐)进行了比较。结果表明，常用抗氧化剂的功效受到无机微量元素的影响。数据进一步表明，在某些情况下，有机微量元素也与抗氧化活性呈显著负相关。基本上，键结合能力弱的微量元素可导致游离金属离子的释放，从而产生活性氧，这引起更大的氧化反应，降低了饲料抗氧化剂如BHT的功效。

结论

与无机源相比，有机微量元素具有较少的反应潜力;然而，不同形式的有机微量元素反应不同，并且会根据来源不同对酶活抑制、维生素稳定性和抗氧化功能造成不同的影响。最终，营养配方师可能需要更多地关注他们选择的个别微量元素成分，以最大限度地减少潜在的财务成本，避免数以亿计美元的损失。

文/奥特奇欧洲生物科学中心Richard Murphy博士